核电厂汽动辅助给水泵转速控制
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摘要：核电厂汽动辅助给水泵在全厂失电情况下向蒸汽发生器供水，导出堆芯热量，是核电厂重要的安全设备。本文分析了核电厂汽动给水泵的转速控制模式，介绍了汽动给水泵的超速保护以及超速试验相关内容。
关键词：汽动辅助给水泵 转速控制 超速保护
一、核电厂汽动辅助给水系统简介
核电厂辅助给水系统作为正常给水系统的备用，在主给水系统故障时，向蒸汽发生器二次侧供水，利用蒸汽发生器导出堆芯热量，保证堆芯安全。
辅助给水系统设置有2台电动给水泵以及2台汽动给水泵。汽动辅助给水泵设计为应对全厂失电工况，在全厂失电时，靠蒸汽发生器产生的蒸汽驱动汽动辅助给水泵运行，向蒸汽发生器供给冷却水，导出堆芯热量，是确保核安全的重要设备。
汽动辅助给水泵的结构为卧式两级离心泵，由汽轮机驱动。设计为整体结构，一端为汽轮机，另一端为水泵，中间为中央水室。中央水室部位配有转速测量装置、机械飞锤、危急遮断挂扣组件、中央水室稳压阀等。蒸汽通流主要经过粗滤器、主汽门、调阀、蒸汽室、喷嘴组、动叶最后至排汽接管。汽动泵的汽轮机能在8.6MPa至0.76MPa的供汽压力下运行，向蒸汽发生器提供给水。
二、汽动辅助给水泵转速控制模式
汽动辅助给水泵调速系统由转速传感器、Woodward505调速器、电一气转换器、气动执行机构和调节汽阀组成。其作用是：
1.紧急情况下，使汽动辅助给水泵启动，快速升速至额定转速，并保持稳定运行;
2.在汽动辅助给水泵运行过程中，提供电子保护;
3.大流量限制功能。
汽動辅助给水泵的转速控制设置有两种控制模式：转速控制模式以及大流量控制模式。
转速控制模式：Woodward505调速器接收2组转速传感器检测的泵组转速，并与转速设定值比较，当两者不一致时，505调速器输出一个气动信号。该气动信号驱动气动执行机构，来控制调节汽阀的开度，从而控制进入汽轮机的主蒸汽流量，使泵组转速稳定在设定转速范围之内，以满足给水流量的要求。
大流量控制模式：Woodward505通过测量汽动给水泵出口的流量，将实时测量的流量信号与控制系统中设定的最大流量限制值进行比较，当测量流量大于等于设定的最大流量限制值时，控制汽动给水泵的汽轮机进汽阀门，以关小进汽阀，降低汽轮机转速，从而使汽动给水泵的出口流量下降到设定值以下。
当泵出口流量由于事故工况而达到限制阈值时，辅助调节系统输出到执行机构阀位限制器限制汽轮机转速，限制了泵出口流量，因此辅助调节系统是否起作用是由流量决定，系统只是在大流量下才能起到对输出转速的限制作用。当流量达到大流量限制值时Woodard505立即由转速调节系统控制自动转到辅助调节系统限制，直到流量回到限制值下时，Woodard505自动回到转速调节控制回路。在辅助调节系统限制下，转速调节系统不起作用。
设置大流量限制系统由于汽动泵的特性曲线较平，在事故工况下泵的最大流量可能超出系统和泵组的可接受范围，为保护泵组，在事故工况下，将泵的出口流量控制在系统和泵组的可接接受的范围内。
在控制模式切换时，转速控制存在扰动，转速波动较大，可能触发超速保护动作。所以在进行超速试验时为了避免触发大流量限制，设置了专门的试验按钮，该按钮允许在启动汽动泵的同时保持给水泵出口调节阀关闭，从而使汽动泵在小流量运行的条件下进行超速试验。
三、汽动辅助给水泵超速保护
汽动辅助给水泵设置了两类超速保护装置：电子跳闸、机械跳闸。这两种超速保护装置通过释放主汽门活塞右端腔室的蒸汽压力来完成速关，从而安全停机。一级电子跳闸定值为额定转速108～110%;机械跳闸定值为额定转速的113～115%：二级电子跳闸定值额定转速的118～120%。
（一）电子跳闸原理
电子跳闸工作原理为：505调速器接收安装在中央水室处的转速探头的转速信号，当达到设定的电子跳闸转速时，电子跳闸信号被触发，使得高温高压电磁阀通电打开，从而释放主汽门活塞右端腔室的压力蒸汽以达到停机。为了操作方便和增加安全性，就地控制柜和远程控制室都设有“手动停机”按钮，以便人工紧急停机处理。就地控制柜和远程控制室还设有“复位”操作按钮，用于电子跳闸后，复位电子跳闸回路和停机电磁阀。
（二）机械跳闸原理
机械跳闸全部由机械结构组成，主要包括机械飞锤和危急遮断挂扣组件两个部套。机械飞锤部套安装在中央水室的轴段中，径向安装。危急遮断挂扣组件，其位于中央水室一侧并靠端盖压紧螺栓固定。当机组达到机械跳闸转速时，轴中的机械飞锤因离心力作用，克服弹簧预紧力后飞出并击打触发器，使触发器与挂扣脱开，复位杆旋转落下，锥形阀中压紧弹簧释放，锥形阀打开，即把主汽门活塞右端腔室的压力蒸汽释放到排缸当中，主汽门速关而停机。此外，就地还配有手动停机拍杆装置。拍杆后，触发器被顶起，挂扣脱开，主汽门快速关闭而停机。
机械跳闸动作后，需进行复位处理。复位分手动和电动两种方式：手动复位，即为就地拉杆提起;电动复位通过就地控制柜或远程中控制室的“复位”按钮，按钮按下后，位于复位杆下部的一个电磁驱动器通电顶起，复位完成后断电。
机组定期进行汽动辅助给水泵超速试验，因机械超速试验定值高于电气超速一级定值，因此在进行机械跳闸试验时需屏蔽一级电子跳闸，二级电子跳闸功能，作为机械超速的后备保护，防止机械超速未触发时转速过高产生飞车风险。同时，为了保证尽量少的人员停留在泵所在房间，试验时需要安装远传打闸装置。
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